缓倾斜厚煤层放顶煤综采的工艺模式

邱帅

【摘 要】缓倾斜厚煤层放顶煤开采在我国已有十余年开采历史，放顶煤综采体现出的高产、高效率和高效益的特点受到了广泛的重视，困扰放顶煤综采的安全和煤炭损失问题正在逐步得到解决，特别是一些长期低产、低效和亏损的难采厚煤层，采用放顶煤综采后，也开始实现了高产高效。在缓倾斜及倾角小于30°的倾斜厚煤层，煤的强度系数f﹤3.0，工作面长度在80 M以上，实现年产百万吨已成为现实。由于工作面一半以上的煤炭要从放煤口放出，为了在提高工作面产量的同时，降低原煤含矸率及灰分，提高顶煤回收率，必须慎重地选择放煤参数和工艺方式。

【关键词】缓倾斜厚煤层；放顶煤；综釆

1 工艺模式

放顶煤综釆是在厚度为5.5-7.0M的煤层内进行。煤的节理裂隙中等发育。直接顶一般为厚2m左右的页岩或砂页岩，其上为厚度约1.5-2.7m的石灰岩层，再上则为页岩及石灰岩的互层，底板为砂质页岩。本层煤为低瓦斯煤层，自然发火期大于1.5年。

放顶煤长壁综采工作面实现高产的基本点主要是：①要在"两采一放"的放煤步距时，发挥煤层全厚出煤的优势，即底部工作面采煤和放顶煤实现平行作业；②要在不断提高顶煤回收率的基础上，加快放煤速度，尽量使放煤速度和底部采煤速度相匹配。

此生产模式循环图表的核心是：①实现了工作面双输送机同时出煤，工作面前部采煤机割煤作业和工作面后部，工作的平行作业；②整个工作面的放煤作业在一个班内有秩序地（能保证尽可能地提高回收率、降低含矸率和灰分）完成；③循环图表有较大的灵活性，工作面有超额完成循环、继续提高产量的可能性。

循环图表的要点是将一个工作面分成上下两半个工作面，交接班时采煤机停在工作面中部，工作班开始后，如采煤机割上半工作面，下半工作面就放煤，割下半工作面时，上工作面放煤。对于出煤点来说，前后并不同时出煤，但对全工作面来说，前后输送机同时向外运煤，平行作业。

图表作业能保证最大限度地延长工作面放煤时间，但还不能保证在一个班内放完全部工作面的煤。根据试验工作面的测时，工作面放完一架支架的煤大约需5～7min，全工作面按80架支架计算，放完工作面全长共需400～560 min，超出每班工作时间。多轮放煤需要更长的时间。为此，采用了“单轮间隔"的放煤方式。

放煤前将支架编号，由两个放煤工同时进行放煤，甲放煤工只放单号支架；每次放到“见矸关门“一轮放完，乙放煤工在甲放煤工放完3～4架支架，开始进行双号支架放煤，同样见矸关门，放完为止。这种放煤方式的优点是：①能保证很高的顶煤回收柳较低的含矸率；②工作面能迸行有秩序的放煤，这是有效控制顶煤回收率和含矸率的保证；③单轮放煤可以将放煤的辅助操作时间减至最少；④可以两个放煤口同时放煤，产量大，每循环放煤总时间可减少一半。由于实行了单轮间隔、多口放煤、采放平行作业的工艺方法，工作面提高了釆煤机的开机率，放煤得到充裕时间，使为赶循环而丢失顶煤的现象基本消灭。实践证明，这种生产模式在类似条件下，放顶煤综采工作面行之有效的、并能保证工作面各方面有良好指标的高产模式，目前已逐步推广。

2 对放顶煤综采几个问题的认识

放顶煤长壁综采是厚煤层采煤法的重大革新，它在高产高效方面取得的成功受到'广泛重枧，对以下几个问题的认识：

2.1 回采率

由于放顶煤综采不可避免地在采空区会丢失一部分残煤，我国长壁放顶煤工作面回采率一般为80%～85%，采区煤炭损失还需增加10%～20%。分析工作面煤炭损失组成可以看出：改进放煤工艺可以明显减少工作面煤炭损失。改进放煤工艺应从寻求合理放煤参数和最佳放煤方式，以及建立严格的储量监管制度保证煤炭回收两个方面进行。从中还可以看出，提高工作面回采率还应该从改善初采、末采方法和改善工作面上下过渡支架、端头支架放煤等方面进行工作。目前， 这些方面已进行了很多工作，取得了明显的进步。加大工作面长度和采区走向长度、采用无煤柱开采则可以进一步改善工作面和采区的回采率。通过以上措施将工作面回采率提高到85%以上和采区回采率提高到75%以上是可能的。从我国情况看，难采煤层采用分层开采回采率低，采用综采放顶煤一般能得到较高的回采率。构造稳定、埋藏简单的中硬厚煤层，放顶煤综采的工作面回采率一般不会高于正规的分层金属网假顶开采法，只有当分层开采法厚度损失严重时，其工作面回采率才会低于长壁放顶煤开采。但构造稳定的厚煤层更利于加大采区尺寸，减少隔离煤柱损失。

2.2 自燃威胁

我国大多数分层开采厚煤层有自燃危险，放顶煤开采由于在采空区丢失残煤较多，给煤的自燃提供了有利条件。但从实际情况看，除个别工作面因采后封闭不及时、采空区漏风引起自燃外，绝大多数生产正常的正规缓倾斜长壁放顶煤工作面，采过后未发生火灾，这是因为：①厚煤层分层开采时，第一分层自然发火极少，主要是采第二分层以下各分层时，分层巷道，上分层收作线，工作面上下隅角，集中巷的联络巷、溜煤眼等漏风处易自燃。放顶煤开采是整层采出，这些易着火点大部分已不复存在；②工作面后方采空区氧化带是一个自燃危险区，长壁工作面月推进度低于20-25m时，易自燃煤层采空区有可能发生自燃，目前，正规的缓倾斜长壁放顶煤工作面月推进度一般都超过30m，这足以使采空区遗留的残煤在自燃前进入窒息区；③各矿的放顶煤工作面大多根据煤层特点采取了较好的防灭火措施。

综上表明，放顶煤综采对防止自然发火有利的一方面是主要的。但是，目前放顶煤综采防治自燃火灾的技术仍未很好解决，这一方面是因为原来行之有效的防灭火技术用于长壁放顶煤开采的有效性尚未得到确认；另一方面，新的防火措施的有效性也还不能肯定。在采用无煤柱开采时，临近采空区的火区及有害气体的隔离技术还需进一步研究。

2.3 瓦斯治理

回采工作面瓦斯来源于采出煤炭散发出的、煤壁逸出的、上下邻近层逸出的以及从采空区浮煤中散发的瓦斯。放顶煤幵采是整层开采，不存在下部分层瓦斯来源，回风巷瓦斯相对涌出量明显低于第一分层工作面。但由于放顶煤综采工作面产量高、回风巷的绝对瓦斯涌出量将随之增高。在总风量受风速限制而不能增加的情况下，回风巷及工作面上隅角瓦斯含量将增高或超限。为保证安全，高瓦斯煤层放顶煤工作面的产量将受瓦斯限制而不能实现高产高效。因此，必须有效地治理瓦斯。

2.4 煤尘防治

工作面粉尘危害程度和工作面单产有关，综采放顶煤成倍地提高了工作面的单产，粉尘危害也相应严重。因此，粉尘危害是放顶煤综采的重大安全与健康问题。近年来，我国采取了煤层预注水和加强洒水、改善洒水效果等降尘措施，粉尘防治工作取得了较大进展，一些矿井的综放工作面粉尘指标实际上已低于一般综采工作面。

每采1t煤的产尘量和每采1t煤的呼吸性粉尘产生量与破煤方法密切有关。机械破煤时，块煤率低、产尘量及呼吸性粉尘产生量都较高。放顶煤开采利用地压破煤，块煤率高，产尘率及呼吸性粉尘产生率也将低于机械落煤，因此，原则上讲，治理放顶煤工作面粉尘危害将比治理一般综采工作面的粉尘危害容易。

厚煤层分层开采工作面的安全隐患，并没有因为采用放顶煤开采而变得严重，反而在一些方面得到缓解，即使还存在一些安全隐患的问题，其中一部分也是由于采煤方法改变，原有安全技术不适应所致，例如放煤口瓦斯积聚问题，采空区丢弃散煤较多问题；大部分则是因为工作面单产提高后引发的，如回风巷绝对瓦斯涌出量增加等问题。这些问题是能够得到逐步解决的。

【参考文献】

[1]赵铁锤.矿井粉尘防治技术[M].煤炭工业出版社.

[2]徐永圻.采矿学[M].中国矿业大学出版社.

[3]何廷山.矿井通风与安全[M].高等教育出版社.

[4]俞启香.矿井瓦斯防治[M].中国矿业大学出版社.

[责任编辑：丁艳]